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《图像式非接触三维测量的研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第5期(总第144期)机械工程与自动化No152007年10月MECHANICALENGINEERING&AUTOMATIONOct1文章编号:167226413(2007)0520021203图像式非接触三维测量的研究彭亮,杜宏明,曾德惠(西南交通大学,四川成都610031)摘要:逆向工程是一种产品创新的重要手段,而零件表面三维数据的提取是逆向工程中的基础。采用非接触式测量,运用立体视觉原理来提取零件表面三维数据,利用VC++和MATLAB混合编程可以使此算法实现起来更加方便、快捷。通过实验,验证算法完全正确,测量
2、速度快、精度比较高,可以应用于逆向工程领域。关键词:VC++;MATLAB;立体视觉原理;图像分析法中图分类号:TN911173∶TG806文献标识码:A0引言$P2PO3∽$PC2O4。逆向工程(ReverseEngineering)也称反求工程,得:是指用一定的测量手段对实物或模型进行测量,根据d×l2C2O4=。测量数据通过三维几何建模方法,重构实物的CAD模f型,从而实现产品设计与制造的过程。逆向工程的应由:用领域有:快速成型(RP);检测(CAT)öCAE;科学研$C1O1P1∽$P1PO3,究,如计算几何
3、;考古;娱乐艺术,如动画造型;医$P1PO3∽$PC1O4。疗,如畸齿矫正、整容及上颌面手术。得:如何准确快速地测量零件表面数据是逆向工程的d×l1C1O4=。关键。根据测量探头是否和零件表面接触,零件表面f数据采集方法可分为接触式和非接触式两大类。接触即得:式主要有三坐标测量机等;非接触式主要有激光三角d×l1+d×l2。b=ff测量法、激光测距法、光干涉法、结构光学法、图像[1～3]整理就可以得出:分析法等。b×f采用图像分析法来获取零件表面数据已成为逆向d=。(l1+l2)工程的研究热点,但图像分析处理的复杂算
4、法却是制约其发展的瓶颈。本文运用VC++与MATLAB混合编程来实现零件表面数据的提取以解决这些问题。1零件表面三维数据获取原理零件表面数据应由三个坐标(X,Y,Z)来表示。我们可以利用图像表达的二维信息来确定零件表面数据的X、Y,利用立体视觉原理确定其深度信息Z。立体视觉的一般性原理见图1。图1中,C2、C1分别为左、右两个相机的光学中心的位置,C2和C1之间的距离为b,相机焦距为f。设点P在左、右相机图像面上的投影点分别为P2、P1,点P到光学中心C2、C1连线的距离为d。C2、C1投影到图像面的点与P2、P1之
5、间的距离分别为l2、l1。则由:$C2O2P2∽$P2PO3,图1立体视觉原理收稿日期:2006212230;修回日期:2007204223作者简介:彭亮(19832),男,江西吉安人,硕士研究生,研究方向:机械电子工程CADöCAMöCAPP。·22·机械工程与自动化2007年第5期其中,左、右两个相机的光学中心间的距离b为已知,开,使得该范围内的像素亮的更亮、暗的更暗,从而达相机的焦距f也已知。因此,要计算出点的深度信息,到了增强对比度的目的,方便下一步轮廓特征的提取。就只要测量出l1和l2的大小即可,也就是要测
6、量出点P在两个相机中的成像点P1、P2的位置坐标。立体视觉最简单、最基础的情况是只考虑两个摄像机,并约定这两个摄像机自身的参数是一致的。如图2所示,假定两摄像机C1、C2的各项内部参数相等,而且它们的光轴相互平行,因此成像平面x1o1y1、x2o2y2位于同一个平面,所成像的坐标只相差x轴方向上的一个平移b,P1、P2分别为空间点P在C1、C2上的成像点。假定P在坐标系X1O1Y1下的坐标为(X1,Y1,Z1),则在坐标系X2O2Y2下的坐标就是(X1-b,Y1,Z1),利用射影几何学的知识得:X1x1=fZ1。Y1
7、图2立体视觉最基础情况y1=fZ121113二值化处理X1-b灰度阀值法是一种最常用同时也是最简单的分割x2=fZ1。方法。只要选取一个适当的灰度级阀值,然后将每个Y1y2=f像素灰度和它进行比较,将灰度超过阀值的像素点重Z1新分配以最大灰度(如255),低于阀值的分配以最小灰其中,x1、y1和x2、y2分别为P在C1、C2上的成像点度(如0),就可以组成一个新的二值图像,并成功地把P1、P2的坐标。通过上面两式即可解得P点在坐标系目标与背景分割开来,方便下一步轮廓特征的提取。X1O1Y1下的空间坐标为:21114细
8、化处理x1×bX1=细化就是求得图像骨架的操作,方便下一步特征x1-x2像素点的提取。y1×bY1=。212在两张图片中找到点P的成像点P1、P2x1-x2假定两个摄像机拍摄一个三维实体而获取的两幅f×bZ1=x1-x2对应图片分别为I1、I2。P在图片I1上的成像点为P1,f和b的数值可以在测量之前得到。现在还存在下在图片I2上的成像点为P2
